Краткий словарь по геометрической оптике

СЛОВАРЬ ПО ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИКЕ Формулировки основных понятий геометрической оптики в соответствии с ГОСТ 7427-76, которые могут встречаться в специальной литературе.

Пространство предметов - совокупность точек пространства. Иными словами, пространство, в котором находятся предметы, т.е. излучающие свет точки, линии и поверхности, как самосветящиеся, так и освещаемые каким-либо источником света.
Обозначение: нем. Objektraum; англ. Object space.

Пространство изображений - совокупность изображений точек пространства предметов, определенных по законам параксиальной оптики. Иными словами, это пространство, в котором возникают оптические изображения предметов из пространства предметов.
Обозначение: нем. Bildraum; англ. Image space.

Сопряженные плоскости (точки, лучи) - соответствие пространства изображения пространству предметов, иными словами, любому лучу (точке, плоскости) в плоскости предметов после прохождения через оптическую систему соответствует только один луч (точка, плоскость) в пространстве изображения.

Фокус [focus - очаг] - точка, в которой собирается прошедший через оптическую систему параллельный пучок световых лучей.

Передний фокус - точка на оптической оси в пространстве предметов, сопряженная с бесконечно удаленной точкой, расположенной на оптической оси в пространстве изображений.
Обозначение: F; нем. Objektbrennpunkt; англ. Front focus.

Задний фокус - точка на оптической оси в пространстве изображений, сопряженная с бесконечно удаленной точкой, расположенной на оптической оси в пространстве предметов.
Обозначение: F'; нем. Bildrennpunkt; англ. Back focus.

Переднее фокусное расстояние - расстояние от передней главной точки до переднего фокуса.
Обозначение: f; нем. Objektbrennweite; англ. Front focal length.

Заднее фокусное расстояние - расстояние от задней главной точки до заднего фокуса.
Обозначение: f'; нем. Bildbrennweite; англ. Back focal length.

Осевая точка предмета (изображения) - точка пересечения плоскости предмета (изображения) с оптической осью.
Обозначение: А (А'); нем. Objektpunkt(Bildpunkt); англ. Object (image) point.

Центрированной оптической системой, состоящей из сферических преломляющих (и отражающих) поверхностей, называется система, в которой все центры ее поверхностей располагаются на одной прямой, называемой оптической осью системы.

Параксиальный луч — луч, идущий бесконечно близко к оптической оси.

Нулевой луч — условный луч, используемый при расчете оптических систем.

Геометрия построения изображения в микроскопе.

С помощью обычного микроскопа мы видим изображение объекта перевернутым. В принципе это обстоятельство не мешает, потому что рассматриваемые структуры хаотичны, да и работать с объектов непосредственно при использовании микроскопа обычо не приходится. При большом увеличении микроскоп имеет малое видимое поле и рабочее расстояние. Другое дело — лупа и стереоскопические микроскопы. Лупа имеет небольшое увеличение, большое видимое поле и рабочее расстояние, это же относится и к стереомикроскопам. В этих приборах необходимо иметь прямое изображение: в первом случае — мы читаем, ремонтируем часы, препарируем, во втором случае — оперируем, рассматриваем колонии в чашках Петри и при этом в поле зрения видим свои руки, инструмент и стол с объектом одновременно.

Действительное изображение объекта формируется оптической системой в определенной плоскости (плоскости изображения). Это изображение существует помимо нас. Оно может быть и в воздухе, и мы в этом убедимся, когда будем настраивать микроскоп. Для примера можно рассмотреть вариант построения изображения в микроскопе в соответствии с законами геометрической оптики. Объектив микроскопа строит действительное перевернутое и увеличенное изображение в плоскости полевой диафрагмы окуляра. В свою очередь, выходящий из окуляра пучок лучей, попадая в глаз, собирается на его сетчатке, где образуется окончательное изображение предмета.

Классическим примером мнимого изображения является ваше собственное отражение в зеркале.

Получение того или иного изображения зависит от геометрического построения изображения (геометрическая оптика), т.е. от положения объекта относительно фокуса оптической системы, которая строит изображение. При этом важно сама система — собирающая или рассеивающая. Рассмотрим, как влияет положение предмета относительно линзы на тип изображения.

Если расстояние до предмета больше фокусного расстояния линзы, то изображение действительное перевернутое. Изображение расположено по другую сторону линзы.

Если расстояние до предмета меньше фокусного расстояния, то изображение мнимое, прямое, увеличенное. Изображение расположено с той же стороны, что и объект.

Изображение, образуемое рассеивающей линзой, при любом положении объекта — мнимое, прямое, уменьшенное. Изображение расположено с той же стороны, что и объект.

Рассмотрим влияние положения зеркальных сферических поверхностей по отношению к предмету на получаемое изображение:

расстояние от предмета до вершины сферического зеркала > радиуса сферы изображение — уменьшенное, обратное, действительное, расположено между центром сферы и фокусом;
расстояние от предмета до вершины сферического зеркала = радиус сферы; изображение равное, обратное, действительное, расположено в центре сферы;
фокусное расстояние < расстояния от предмета до вершины сферического зеркала < радиусу сферы изображение — увеличенное, обратное, действительное, расположено на расстоянии > радиуса сферы.

В микроскопах зеркальные сферические поверхности в основном применяются:

в качестве самостоятельных осветительных зеркал,
в осветителях в виде рефлекторов для удвоения изображения нити накала,
в эпи-системах объективов отраженного света, работающих по методу темного поля,
в зеркальных и зеркально-линзовых объективах.